CLEPCIDRE: un ceas digital cu sticle de cidru: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Înainte de a mă scufunda în descrierea obiectului, trebuie să explic contextul în care a fost proiectat și construit. Soția mea este artistă și lucrează practic cu lut, ca ceramist, dar și cu alte materiale precum lemnul, ardezia sau sticla. În majoritatea operelor sale de artă, ea încearcă să arate urmele lăsate de vreme pe obiecte și încorporează adesea materiale găsite în natură precum bucăți de lemn pe plajă, astfel încât să „dea o a doua viață obiectelor uzate”. Sora și cumnatul ei își făceau propriul cidru (în Normandia) și încă mai au sute de sticle de cidru care dorm sub un strat gros de praf în vechea lor presă. Acest lucru a fost mai mult decât suficient pentru a declanșa următoarea idee de creație a soției mele: „un ceas de sticle de cidru”. Legătura cu timpul este evidentă: acele sticle au avut un trecut glorios și ar trebui să fie acum un martor al timpului care trece și formează împreună un ceas. Așadar, acum un an, ea m-a întrebat: "Dragă, poți să-mi faci un ceas cu lămpi sub 12 sticle de cidru? Am să aplatizez singur sticlele din cuptorul meu și ții la restul: suportul din lemn, -un palet-, lămpile și toate circuitele electronice! Vreau să afișez ora, dar nu întotdeauna, ledurile ar trebui să clipească la întâmplare, este posibil? Ar trebui să găsiți și soluția de a fixa sticlele pe palet ". Ceasul ar trebui să fie gata în termen de o lună …

„Porecla” acestei opere de artă este „CLEPCIDRE”, care înseamnă (în franceză) pentru „Circuit Lumineux Electronique Programmé sous bouteilles de CIDRE”, este un semn al denumirii „CLEPSYDRE” care desemnează un ceas cu apă inventat de egipteni. Soția mea îl numește „Les Bouteilles de Ma Soeur” (sticlele surorii mele).

Poza # 1: Stocul de sticle de cidru al cumnatei mele

Imaginea # 2: Documentul de specificații original

Imaginile # 3 - # 6: vederi ale ceasului

CLEPCIDRE a fost prezentat în timpul a două expoziții de anul trecut, prima în „Greniers à Sel” din Honfleur (Calvados, Normandia, Franța) în aprilie 2019 (imaginea nr. 6) și a doua în Touques (Calvados, Normandia, Franța) în iunie 2019.

Provizii

• Douăsprezece sticle de cidru (puteți încerca alte tipuri de sticle: șampanie, vin spumant, … dar fără garanție)
• Un cuptor ceramic (am folosit un cuptor cilindric cu încărcare de 5kVA)
• Un palet (plăci de la margine la margine, dimensiuni: +/- 107cmx77cmx16cm)
• Câteva scânduri din lemn (pentru a închide laturile paletului)
• 24 leduri albe de 10 mm cu diametru mare (de ex.
• O placa Arduino: Uno sau Leonardo OK, placa mai mica poate fi OK, Mega este un pic exagerat
• Două surse de alimentare (5V pentru LED-uri și 12V pentru plăcile Arduino și RTC, deși 5V pentru Arduino ar trebui să fie OK, dar nu testate)
• O placă RTC (am folosit un Adafruit DS1307, dar aș recomanda un RTC compensat de temperatură mai precis pe baza DS3231; DS1307 schimbă 2-3 secunde în fiecare zi și necesită o reglare regulată)
• 4 registre de schimbare 74HC595 fie ca articole individuale (16 pin DIL CMOS IC) sau deja montate pe placă (de exemplu SparkFun Shift Register Breakout - 74HC595 ref BOB-10680)
• Plăci de testare epoxidice (50 * 100 mm, găuri în grup de 3 și plăci de uz general cu benzi de cupru liniare)
• Burghie diamantate (6 sau 8 mm) și dibluri din lemn (6 sau 8 mm)
• 24 rezistențe de 1/4 W (220 Ω)
• Guler de fixare pentru dopul mecanic al sticlei (găsit în magazinul de hardware sau pe Internet)
• Lipici, fire, manșon termocontractabil, scule,.., șuruburi,.., fier de lipit (18W OK)

Pasul 1: Cel mai ușor lucru: închiderea laturilor paletului

Încercați să găsiți un palet de lemn (am găsit unul de aproximativ 107cm * 77cm). Nu ar trebui să existe niciun decalaj între scândurile de lemn.

Fixați 4 plăci de lemn cu șuruburi, una pe fiecare parte. Tăiați cele 4 plăci din cele lager pentru a obține dimensiunile potrivite.

Deoarece ar putea exista (și probabil că vor exista) plăci pentru picioare, vă recomand să le tăiați așa cum se arată în imagine, acest lucru va elibera accesul la plăcile inferioare și va permite găurirea găurilor pentru leduri.

Ulterior, când pozițiile ledurilor vor fi marcate, va fi necesar să găuriți în două etape, mai întâi orificiul cu diametrul ledului (9 - 10mm) și apoi orificiul mai mare (să zicem 2cm) pentru a obține grosimea corespunzător înălțimii ledului (grosimea plăcii de lemn este probabil mai mare decât înălțimea ledului)

Imaginea 1: Paletul văzut de jos cu orificiile led deja găurite

Pasul 2: Aplatizați sticlele de cidru

Capacitatea cuptorului nostru permite încălzirea a 6 sticle odată pe 3 niveluri. Când așezați sticlele, asigurați-vă că sticlele nu sunt în contact unele cu altele, nici cu pereții cuptorului, nici cu coloanele.

Puteți fi creativ și puteți adăuga, de exemplu, mărgele de sticlă sau scoici sau pietre mici în sticle. De asemenea, puteți introduce un suport de teracotă sub sticle, acesta din urmă va lua forma suportului în timpul încălzirii.

Cel mai important în acest proces este să lăsați sticlele să se răcească foarte încet și să nu deschideți cuptorul prea devreme, chiar dacă credeți că temperatura cuptorului este egală cu cea din cameră, ar trebui să știți că temperatura sticlei rămâne mai mare decât cuptorul într-un anumit timp și orice șoc de temperatură, chiar și mic, poate provoca spargerea sticlei. Am avut pauze de sticle la una sau două zile după încălzire și vă recomand să luați în considerare +/- 30% din pierderi (prevedeți 16 până la 18 sticle pentru a obține 12 la sfârșit, ca să nu mai vorbim despre cele de care nu veți fi mulțumiți de).

Profilul de temperatură furnizat aici ar trebui considerat ca un exemplu și reflectă doar caracteristicile cuptorului nostru, ar trebui să efectuați unele teste cu propriul echipament pentru a găsi temperatura finală cea mai potrivită. Dacă încălziți prea mult, veți obține sticle complet plate, în timp ce dacă încălziți prea puțin, sticlele nu vor fi suficient de turtite.

Imaginea 1: Cuptorul, vedere generală

Imaginea 2: Două sticle aplatizate (nu am nicio imagine a sticlelor în cuptor înainte de încălzire chiar acum)

Imaginea 3: Profil tipic de temperatură

Pasul 3: Localizați sticlele și pozițiile Leds

În proiectarea ceasului, vă explic mai târziu, există două leduri sub fiecare sticlă, cele „externe” care arată orele (0 la 11 și 12 la 23) și cele interne care arată minutele la pasul de 5 (0, 5,… 55). Mai întâi trebuie să poziționați sticlele în jurul paletului. Pentru aceasta, trebuie mai întâi să întindeți corzile între o știft central și 12 știfturi în jurul paletului, „diametral opus” dacă este posibil. 4 poziții sunt evidente și ușor de găsit: 0, 3, 6 și 9 ore (corzile se unesc la mijlocul fiecărei părți, două câte două). Celelalte 4 linii sunt puțin mai complicate. Trebuie să orientați șirurile astfel încât să existe suficient spațiu pentru fiecare sticlă (sticlele sunt aliniate câte două cu axa lor corespunzătoare șirului) și sticla dând impresia să fie distribuite în mod egal. Acest pas necesită puțină încercare și eroare. Rețineți, de asemenea, că, deoarece nu sunt la fel, trebuie să alegeți unde trebuie să meargă fiecare sticlă (aceasta este o chestiune de „sentiment artistic”). Odată ales locul fiecărei sticle, nu uitați să atașați o etichetă cu numărul său la fiecare sticlă și să puneți o marcă pe palet pentru centrul de jos al fiecărei sticle (a se vedea mai departe). Aceste puncte și șirurile vor fi utilizate ulterior pentru a localiza găurile diblurilor de fixare.

Apoi, cele două leduri trebuie poziționate relativ la fiecare sticlă și pozițiile apoi transferate pe palet.

Pentru aceasta am construit o cutie cu două plăci "mobile" (vezi poza), prima perpendiculară pe axa sticlei și a doua, care este înșurubată pe prima din mijloc, permițând rotația, este aliniată pe acea axă. În această a doua placă am forat două găuri (9 sau 10 mm diam.) Una dintre ele sub forma unei butoniere, astfel încât un led să poată fi deplasat de-a lungul direcției axei. Aplic 5V la fiecare led, ales de pe o placă Arduino sau orice altă sursă. ATENȚIE! Ledurile cu luminozitate ridicată pot fi dăunătoare dacă le priviți direct, de aceea este foarte recomandat să puneți o bandă de bandă translucidă scotch deasupra ledurilor.

Așezați fiecare sticlă pe partea de sus a cutiei și mutați cele două plăci și ledul „mobil” până când sunteți mulțumit de efect (amintiți-vă că ați introdus margele de sticlă în unele sticle și așezarea ledurilor sub astfel de mărgele sporește efectul de lumină), măsurați poziția ledurilor relativ la centrul de jos al sticlei și axa acesteia și transferați aceste puncte pe palet cu un creion. Când toate cele 24 de puncte au fost marcate pe palet, găuriți găurile pilot (diam. 2-3 mm).

Notă: ultima imagine arată prima poziționare a șirului care se baza pe un unghi fix de 30 ° între ele, dar, după cum se poate vedea, acest lucru nu era compatibil cu spațiul necesar sticlelor; A trebuit să aliniez corzile de pe sticle.

Imaginea 1: Desen care arată ledurile și semnificația lor

Imaginea 2: Cutia specială pentru a localiza poziția ledurilor sub fiecare sticlă

Poza 3: Aceeași cutie cu o sticlă

Imaginea 4: Poziționarea sticlelor (și șirurilor) pe palet

Pasul 4: găuri de foraj pentru leduri

Folosind găurile pilot din pasul anterior, ar trebui să găuriți găurile pentru leduri, dar, deoarece grosimea plăcii de paleți este probabil mai mare decât înălțimea ledurilor, ar trebui să reduceți grosimea găurind o gaură mai mare (de exemplu cu un Burghiu de lemn de 2 cm). Prăjiți mai întâi orificiul mai mare (adâncimea trebuie să fie astfel încât grosimea „neforată” să corespundă înălțimii ledului) și apoi găurile ledurilor. Reglați dacă este necesar, astfel încât partea de sus a lămpii să fie la același nivel cu suprafața lemnului.

Marcați fiecare gaură cu etichete Hx și Mx (H pentru ore și M pentru minute, x = 0, 1,..11).

Acest lucru este ilustrat de imagine.

Pasul 5: găurirea găurilor în sticle pentru dibluri de fixare

Cum puteți găuri găuri în sticlă puteți găsi pe acest site:

Găsiți poziția orificiului pe axa sticlei astfel încât să nu se suprapună peste un led, la aproximativ 2-3 cm de centrul de jos al sticlei ar trebui să fie OK. Găuriți o gaură (diametrul de 8 mm) pe partea inferioară, dar pe jumătate din grosime (nu găuriți întreaga grosime a sticlei!). Marcați același punct pe partea superioară a paletului și găuriți o gaură de același diametru (prin întreaga grosime OK). Poziția găurii este măsurată pe șirul din partea de jos a sticlei pe care ar fi trebuit să o marcați în timp ce le poziționați.

Fixați diblurile pe fiecare sticlă din gaură cu adeziv puternic (componente duale) și lăsați adezivul să se usuce.

De îndată ce diblurile sunt fixate, puteți așeza sticlele pe paletul (orizontal) introducând diblurile în găuri. Sticlele trebuie așezate cap la coadă, prima (12 ore) cu gâtul orientat spre exterior.

Scoateți sticlele (trăgând ușor diblul din lemn).

Acum puteți introduce ledurile în găurile lor, reglați găurile prea mici. Pentru cei care sunt prea mari, va trebui să blocați ledul cu o bucată mică de lemn înșurubată sub el.

Am observat că, chiar și prin sticle, lumina produsă de leduri era prea puternică și le-am vopsit în galben pal.

Poza 1: Materialul de foraj al sticlei (notă: am folosit un covor de cauciuc sub sticlă)

Pasul 6: partea electronică

Circuitul de comandă cu LED de bază este afișat pe prima imagine (rețineți că placa RTC nu este afișată pe această diagramă, dar conectarea la Arduino este ușoară și bine documentată, în majoritatea cazurilor o bibliotecă este furnizată de producătorul RTC). În versiunea finală, plăcile pentru pâine au fost înlocuite cu PCB-uri.

Am decis să separ interfața orei de interfața minutelor pentru a ușura ușor programul. Fiecare interfață se bazează pe două registre de schimbare 74HC595 conectate în serie. Sunt utilizate toate ieșirile primului registru (de la 0 la 7), în timp ce doar primele patru sunt necesare pentru al doilea (de la 8 la 11).

Pentru sistemul final am creat două interfețe separate folosind plăci de testare de 5cm x 10cm (găuri grupate la 3). Am folosit două tipuri de 74HC595, primul fiind IC-uri DIL native cu 16 pini pe care le-am montat pe două suporturi cu 16 pini, lipite pe tablă și al doilea fiind două plăci mici pe care le-am cumpărat de la Sparkfun, cu o suprafață 74HC595 montat pe fiecare (imaginea nr. 7).

În timp ce mă grăbeam, abia așteptam fabricarea circuitelor tipărite, așa că am realizat eu însumi PCB cu plăci de testare, dar diagramele PCB sunt acum disponibile pentru ambele interfețe (vezi imaginile PCB). Rețineți că aveți de ales între un singur tip sau mixul celor două tipuri, depinde de dvs. Rețineți, de asemenea, că nu am testat încă PCB-ul fabricat (fișierele Fritzing nu pot fi încărcate aici, dar le pot furniza dacă mi se solicită).

Reglare RTC: prima dată când Arduino este conectat la RTC, va trebui să setați ceasul corect. În cele din urmă, această ajustare este necesară din nou pentru a compensa schimbarea RTC (2-3 secunde pe zi).

Această setare are loc în set-up () cu condiția ca următoarea instrucțiune să fie necomentată:

// # define RTC_ADJUST true // Dacă se definește, ajustarea RTC va avea loc în set-up

Dacă linia de mai sus este comentată, set-up () va regla RTC cu valorile următoarelor constante (nu uitați să inițializați aceste constante cu valorile curente, adică valorile din momentul compilării și descărcării program pentru Arduino)

// Nu uitați să reglați constanta de mai jos dacă RTC_ADJUST este definit !! # define DEF_YEAR 2019 // Anul implicit utilizat în ajustarea RTC inițială

#define DEF_MONTH 11 // Luna implicită utilizată în ajustarea inițială RTC

#define DEF_DAY 28 // Ziua implicită utilizată în ajustarea inițială RTC

#define DEF_HOUR 11 // Ora implicită utilizată în ajustarea inițială RTC

#define DEF_MIN 8 // Minutul implicit utilizat în ajustarea inițială RTC

#define DEF_SEC 0 // Secunda implicită utilizată în ajustarea inițială RTC

De asemenea, important: odată ce a avut loc ajustarea, nu uitați să comentați din nou linia și să descărcați din nou programul pe Arduino

// # define RTC_ADJUST true // Dacă se definește, ajustarea RTC va avea loc în set-up

în caz contrar, ajustarea RTC ar avea loc cu valori incorecte de fiecare dată când programul repornește (pornirea sau resetarea Arduino). Asta s-a întâmplat în timpul testelor mele !! (Am uitat să re-comentez acea linie și nu am înțeles ce se întâmplă …).

Acum să aruncăm o privire asupra funcționalității ceasului în sine.

Practic, există două moduri de afișare:

1. Modul Ceas (vezi imaginea # 9)

   1. ledul orei corespunzător orei curente este aprins
   2. ledul de minute corespunzător multiplului actual de 5 minute este PORNIT (acest led rămâne PORNIT 5 minute)
   3. fiecare minut LED, altul decât cel care este PORNIT, clipește timp de 5 secunde (care led este derivat din valoarea „a doua” citită din RTC)

Modul RANDOM (vezi poza # 10)

toate ledurile sunt pornite și oprite în mod aleatoriu, cu excepția celor actuale de „oră” și „minut”

Timpul în care un minut LED este aprins durează 5 minute, dar în acest timp minutul „real” avansează. De exemplu, atunci când minutul curent devine 15 ledul „estic” va fi aprins timp de 5 minute, dar minutul real va fi 15, 16, 17, 18 și 19 în acele 5 minute (vom numi asta „5 minute” ciclu )

Programul face trei lucruri:

1. Calculează diferența dintre minutul „real” și cel afișat, oferind 5 valori: 0, 1, 2, 3 și 4
2. Calculează cât timp ar trebui să dureze modul aleator prin înmulțirea numărului găsit chiar mai sus cu 6 secunde, ducând la 5 valori: 0, 6, 12, 18 și 24 (secunde) pentru modul aleator și diferența dintre aceste valori și 30 pentru modul ceas (30, 24, 18, 12 și 6 secunde)
3. Repetă această distribuție inter-mod de două ori în fiecare minut (totalul ambelor moduri fiind întotdeauna de 30 de secunde)

Acest "ciclu de 5 minute" se aplică din nou și din nou de fiecare dată când următorul "led de minute" este pornit (ceea ce se întâmplă la fiecare 5 minute).

Observație: se poate obține minutul real pur și simplu numărând cât durează modul aleatoriu și împarte această durată la 6; de exemplu, dacă numărați 18 secunde pentru modul aleatoriu și "25" minute este ACTIVAT, aceasta înseamnă că minutul real este 28 (18/6 = 3 și 25 + 3 = 28)

Pe acest videoclip se poate vedea mai întâi modul ceas (ora curentă este între 10h25 și 10h29) apoi modul aleatoriu (durează 6 secunde, adică minutele actuale sunt 26) și apoi modul ceas din nou. Rețineți că paletul de aici este așezat la sol și că sticla „miezul nopții” este în dreapta. De la această primă expoziție, ceasul este acum prezentat vertical pe un suport pentru trepied (Imaginea # 11)

Observați, de asemenea, că ledurile curente ale orei (10h) și ale minutului (25m) nu sunt afectate de modul aleatoriu.

Note privind diagramele PCB

Primul PCB (nativ 74HC595: poza # 4):

• U1 și U2 sunt IC-uri 74HC595
• Aspectul pinului poate fi găsit în imaginea nr. 6 (vezi și pinul utilizat în Arduino în declarația variabilă a programului)

Al doilea PCB (plăci de rupere Sparkfun 74HC595: imaginea nr. 5)

Aspectul pinului poate fi găsit în imaginea nr. 7

Am folosit anteturi pin masculine lipite pe ambele plăci de interfață, astfel încât toți conectorii firelor sunt de sex feminin.

Pasul 7: Fixarea sticlelor pe palet și conectarea ledurilor

La fiecare sticlă la rândul său:

• Localizați gâtul pe palet (puneți sticla în loc, marcați gâtul și scoateți sticla)
• Înșurubați un guler de fixare cu șurubul în centrul și în centrul gâtului (marcat pe palet). Am folosit șuruburi de ipsos auto-găurite. Puteți găuri o gaură pilot în guler dacă vi se pare mai ușor.
• Introduceți diblul sticlei în orificiul său din palet
• Închideți gulerul în jurul gâtului sticlei, sticla ar trebui să fie acum fixată pe palet

Asta e! (nu uitați să îndepărtați șirurile și etichetele sticlei la final).

Pentru fiecare led:

Conectați ambele picioare conduse la firele + și GND. + Provine de la pinul de ieșire corespunzător de pe placa de interfață și GND de la una dintre „plăcile de distribuție GND” intermediare; aceste plăci sunt pur și simplu plăci de testare (+/- 2cm x 5cm) cu benzi liniare pe care lipiți anteturi pin masculin cu toți pinii lor lipiți pe aceeași bandă, un pin fiind conectat la un pin GND de interfață disponibil; dacă nu aveți pini GND, conectați pur și simplu banda la un al doilea și conectați-le împreună. Vă recomandăm să izolați conexiunile led lipite cu un manșon termocontractibil (albastru pentru GND și roșu pentru led-signal, "+")

Fixați toate plăcile de pe palet, dedesubt, și conectați-le împreună cu fire cu conector feminin (Arduino la plăci de interfață, 6 semnale + GND, surse de alimentare la Arduino și plăci de interfață și RTC, RTC la Arduino, plăci de interfață la 24 leduri (12 pe o placă de interfață). Nu uitați să conectați GND la toate plăcile.

Fixați sursele de alimentare pe o placă verticală de lemn, conectați cablul de curent alternativ la primul și lanțul de margaretă la cel de-al doilea (aveți grijă, conectați cablul de curent alternativ numai după ce conexiunile sunt terminate!).

Videoclipul de mai jos prezintă primele trei minute ale unui ciclu de 5 minute. Ora curentă este de aproape 4h55 și videoclipul începe chiar înainte ca ledul „50min” să treacă pe cel „55min” (mai întâi ultimele secunde ale modului aleatoriu de 24 secunde, 6 secunde ale modului ceas și apoi trecerea la ledul de 55 minute). În timpul primului minut (16h55), este afișat doar modul de ceas (60 de secunde), în timpul celui de-al doilea minut (16h56), fiecare pas de 30 de secunde începe cu modul aleator de 6 secunde și apoi urmează modul de ceas de 24 de secunde, în timpul celui de-al treilea minut (16h57), 12 secunde aleatoriu și 18 secunde ceas (de două ori)

Pasul 8: Observații, extensii și îmbunătățiri

Observații:

• Când programul pornește, așteaptă până la următorul „minut complet” (adică RTC-secunde = 0) înainte de a începe afișarea ledului

• Unii parametri din program permit acest lucru

  • Selectați o altă orientare pentru ledul „miezul nopții”
  • Distribuiți cele două moduri într-un minut complet în loc de două ori 30 de secunde
• Suportul pentru paleți și sticlele de cidru nu sunt absolut necesare, puteți inventa alte tipuri de suporturi de afișare, cum ar fi o cutie de zahăr, de exemplu, așa cum se arată în imagine

Extensii:

• Am adaptat programul și am făcut o versiune „bazată pe masă” care să permită subdiviziunea modurilor de ceas / aleator pe baza unei tabele de sincronizare, mai degrabă decât pe o regulă predefinită
• Un tabel „dependent de calendar” (data, ora de început, ora de oprire) permite controlul timpului de început și de oprire al ceasului, astfel încât să poată fi lăsat pornit când expoziția este închisă seara (va fi automat oprește afișajul și începe dimineața fără nicio acțiune manuală)
• Programul are o versiune în care afișajul este declanșat de o detectare a prezenței vizitatorilor și se oprește la 5 minute după absența vizitatorilor.

Îmbunătățiri:

• RTC: o versiune mai stabilă ar putea înlocui 1307 folosită până acum
• S-ar putea adăuga o reglare manuală RTC (de exemplu prin adăugarea a două codificatoare rotative, cum ar fi https://wiki.dfrobot.com/Rotary_Switch_Module_V1_… și un buton pentru confirmarea noilor setări de oră și minut)